光導波路デバイス
【課題】光変調器において、光導波路の湾曲部分における曲率半径を小さくできるようにし、かつ湾曲部分における光放射損失を抑制する。
【解決手段】光変調器２は、電気光学光学効果を有する強誘電性材料からなる光導波路基板、光導波路基板に形成されている光導波路５、および光導波路５を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃを備える。少なくとも光導波路５の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。光導波路５が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分５ｃ、５ｄを含んでいる。
【解決手段】光変調器２は、電気光学光学効果を有する強誘電性材料からなる光導波路基板、光導波路基板に形成されている光導波路５、および光導波路５を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃを備える。少なくとも光導波路５の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。光導波路５が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分５ｃ、５ｄを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光変調器の変調帯域を広帯域化するために、光導波路基板を薄くすることによりマイクロ波と光波の速度整合をとる構造が提案されている。光導波路基板を薄くする構造において、速度整合条件を満足するためには光導波路部周辺の基板厚みを例えば１０μｍ程度にする必要があり、光モードフィールドパターンの偏平化を防止し、基板薄型および溝加工による表面ラフネス、ダメージの影響で発生する光の伝搬損失を抑制するために２段裏溝構造を特許文献１で出願した。
【特許文献１】特開２００２−１０９１３３号公報
【０００３】
特許文献２に記載のデバイスにおいては、補強基板に空気層を設けることで速度整合条件を満たす構造になっている。また、特許文献３に記載のデバイスにおいては、補強基板上に厚さ３０μｍ以下の平板状の光導波路基板を接合し、一体化することを記載している。
【特許文献２】特開平９−２１１４０２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１１４７号公報
【０００４】
また、特許文献４には、２本の光導波路が交差する交差部分を有する進行波形光変調器が記載されている。この型の光変調器においては、光導波路を基板の一端で折り返すことによって、強度変調を加えるのに必要な基板長さを低減している。
【特許文献４】特開平４−３５５７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光導波路デバイスの小型化のためには、より小さな曲率半径で光導波路を曲げることが望ましい。しかし、光導波路を曲げると、光導波路の湾曲部分で光放射損失が増大するために、光導波路の湾曲部分の曲率半径を小さくすることは困難であった。
【０００６】
また、２本の光導波路が交差する交差部分を設けた場合には、この光導波路の交差部分における交差全角を小さくすることによって、光導波路基板の交差角に対して幅方向を小型化することが可能となる。これによって、より小さな光デバイスを実現できる。しかし、交差全角を小さくすると、交差部分での挿入損失とクロストークとが増大するために、交差全角を小さくすることは困難である。
【０００７】
本発明の課題は、光導波路デバイスにおいて、光導波路の湾曲部分における曲率半径を小さくできるようにし、かつ湾曲部分における光放射損失を抑制することである。
【０００８】
また、本発明の課題は、光導波路の交差部分を有する光変調器において、交差部分での交差全角を小さくできるようにし、かつ交差部分における挿入損失とクロストークとを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の発明は、強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいることを特徴とする。
【００１０】
第二の発明は、強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が交差部分を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第一の発明によれば、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいる。即ち、光導波路基板を３０μｍ以下まで薄片化し、空気を含む低誘電率媒質上に光導波路基板を設置すれば、光導波路内の光の閉じ込めが強くなり、湾曲部分における放射損失を著しく低減できる。これによって、放射損失を抑制しつつ、デバイスの小型化を実現できることが分かった。
【００１２】
ここで、光導波路形成領域における基板の厚さを３０μｍ以下とすることによって、湾曲部分における放射損失を著しく低減できる。この厚さは１０μｍ以下とすることが更に好ましく、８μｍ以下とすることが最も好ましい。光導波路形成領域における基板厚さの下限値は特にないが、強度の点からは２μｍ以上が好ましい。湾曲部分の曲率半径の最大値は特にないが、この曲率半径が３０ｍｍを超えると、基板が厚くともある程度放射損失は低くなるので、本発明の観点からは、湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００１３】
第一の発明においては、湾曲部分の外側に凹部を形成することができる。更に好ましくは、湾曲部分の内側に更に凹部を形成することができる。これらの凹部の形態は特に限定されないが、溝形状であることが好ましい。また、凹部の深さは特に限定されないが、湾曲部分における光の閉じ込めを強くするという観点からは、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上が更に好ましい。ただし、基板厚さが薄い場合は相対的に浅い溝の形成で十分な効果を得ることが出来る。凹部の深さは基板の厚さ以下である。凹部が深くなりすぎると、基板の強度が低下するので、凹部の深さは基板の厚さよりも１μｍ以上浅いことが好ましい。
【００１４】
第二の発明によれば、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。これによって、交差部分での交差全角を小さくでき、交差部分における挿入損失とクロストークとを抑制できる。
【００１５】
ここで、光導波路形成領域における基板の厚さを３０μｍ以下とすることによって、交差部分におけるクロストークおよび挿入損失を著しく低減できる。この厚さは１０μｍ以下とすることが更に好ましく、８μｍ以下とすることが最も好ましい。光導波路形成領域における基板厚さの下限値は特にないが、強度の点からは２μｍ以上が好ましい。また、交差全角は特に限定はされない。しかし、交差全角の最大値が 40°を超えると、基板が厚くともある程度挿入損失は低く、クロストークは小さくなるので、本発明の観点からは、交差全角は40°以下が好ましい。更にこの観点からは、交差全角は20°以下とすることが更に好ましく、10°以下が最も好ましい。なお、交差全角が小さくなると、光導波路デバイスを小型化することが難しくなるので、光導波路デバイスの小型化という観点からは、交差全角を１０°以上とすることが好ましく、１５°以上とすることがさらに好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第一、第二の発明において、光導波路基板の表面側、裏面側は、空気層であるか、あるいは低誘電率材料層とすることが好ましく、これによって本発明の効果が顕著となる。この低誘電率層は、後述する接着層であることが好ましい。しかし、光導波路基板に対して保持基体を直接接合あるいは一体化した場合には、保持基体の材質を低誘電率材料とすることができる。
【００１７】
図１は、光変調器２を示す平面図であり、図２は、図１の光変調器２の横断面図である。
【００１８】
光変調器２は、光導波路基板３と保持基体３１とを備えている。基板３、基体３１は共に平板形状をしている。基板３（光導波路形成領域）の厚さは３０μｍ以下である。基板３の主面には所定の電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃが形成されている。
【００１９】
本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide：ＣＰＷ電極) の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。コプレーナ型では、一対の接地電極の間に一列の信号電極がはさまれている。しかし、本発明は、例えばACPSタイプの進行波形光変調器に適用できる。この場合には、一列の接地電極と一列の信号電極とが設けられている。また、いわゆる独立変調型の進行波形光変調器にも適用できる。
【００２０】
本例では、光導波路５は、平面的に見るといわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成している。即ち、光導波路５の入射部５ａに入射した光は、分岐部５ｂで二つに分岐し、各湾曲部分５ｃを経由して各変調部５Ａ、５Ｂに入射する。そして、それぞれ湾曲部分５ｄを経て各分岐部５ｅに入り、合波し、出射部５ｆから出射される。一対の変調部５Ａ、５Ｂに対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。基板３の下面と保持基体３１との間に、厚さが略一定の接着層３０が介在し、基板３と保持基体３１とを接着している。
【００２１】
光導波路は、基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また基板の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタンや亜鉛拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
【００２２】
本例では、電極は基板の表面に設けられているが、基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。
【００２３】
接着層３０の厚さは１０００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることが更に好ましく、１００μｍ以下であることが最も好ましい。また、接着層３０の厚さの下限は特にないが、マイクロ波実効屈折率の低減という観点からは、１０μｍ以上であってもよい。
【００２４】
光導波路基板３、保持基体３１を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、及び水晶などを例示することができる。
【００２５】
保持基体３１の材質は、上記した強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
【００２６】
接着剤の具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するアロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。
【００２７】
また、接着層内に空洞を設け、空気層とすることができる。あるいは、接着層３０の上側表面（光導波路基板に対向する表面）に凹部を設けることによって、この凹部を空気層として利用することができる。これらの場合、接着層および空気層の両方が低誘電率材料層として機能する。
【００２８】
ここで、第一の発明に従い、図３に示すように、湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。また、同様に、湾曲部分５ｄにおいても、曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。更に、湾曲部分５ｃ、５ｄとは反対方向へと湾曲する湾曲部分５ｅ、５ｆにおける各曲率半径も３０ｍｍ以下とする。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径Ｒを３０ｍｍ以下とする。
【００２９】
また、図４に示す例においては、光導波路５の分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の外側（外周側）に細長い凹部２０が形成されている。そして、湾曲部分５ｃの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。また、これと同様に、湾曲部分５ｄにおいても、湾曲部分５ｄの外側に細長い凹部２０を設け、湾曲部分５ｄの曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。湾曲部分５ｃ、５ｄの内側には凹部は形成されていない。これと同時に、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て外側には細長い凹部３５が形成されており、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て内側には凹部は形成されていない。湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００３０】
更に、図５に示す例では光導波路５の分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の外側（外周側）に細長い凹部２０Ａが形成されている。これと共に、分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の内側（内周側）に細長い凹部２１が形成されている。そして、湾曲部分５ｃの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。また、これと同様に、湾曲部分５ｄにおいても、湾曲部分５ｄの外側に細長い凹部２０Ａを設け、湾曲部分５ｄの内側に細長い凹部２１を設け、湾曲部分５ｄの曲率半径Ｒを曲率半径３０mm以下とする。これと同時に、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て外側には細長い凹部２０Ａが形成されており、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て内側にも凹部２１が形成されている。湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００３１】
凹部２０、２０Ａ、２１、３０の形状や深さは特に限定されない。凹部２０、２１の幅Ｗ、Ｗ１、Ｗ２も特に限定されないが、湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆにおける光の閉じ込めを向上させるためには、０．２μｍ以上とすることが好ましく、０．５μｍ以上とすることが更に好ましい。また、また、凹部と湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ（のビーム中心）との距離ｄ、ｄ１、ｄ２が小さ過ぎると、光導波路を伝搬する光を凹部によって減少させ、あるいは散乱させることになるので、この距離ｄ、ｄ１、ｄ２は１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。また、ｄ、ｄ１、ｄ２が大き過ぎると、湾曲部分における光の閉じ込め効果が低くなるので、ｄ、ｄ１、ｄ２は１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。但し、凹部の最適位置は光導波路のスポット形状により変化する。小さなスポット径であれば、相対的に近い位置に凹部を形成するのが好ましい。一方大きなスポット径であれば相対的に遠い位置に凹部を形成するのが望ましい。
【００３２】
図１２は、第二の発明を適用可能な１×２光スイッチ２１を模式的に示す平面図である。光スイッチはＸカットニオブ酸リチウムからなる光導波路基板１２、光導波路基板１２上面に形成されたチタン拡散導波路２２、２３と、スイッチング動作に必要な電界を印加するために基板１２上に配置された電極２４、２５からなる。電極２４、２５に電界を印加しない場合は、光は、入射ポート２６から矢印Ａのように光導波路２２に入射し、次いで入力光は光導波路２２を直進し、出力ポート２７から矢印Ｂのように出力される。一方、電界を印加した場合は、電気光学効果により電極間ギャップで光導波路基板の屈折率が下がるために、入力光は全反射され、光導波路２３を伝搬して出力ポート２８に矢印Ｃのように出力される。
【００３３】
ここで交差角θが小さい方が、全反射に必要な屈折率変化が小さくてすむために、駆動電圧を下げることができる。このため、より交差角θを小さくするために、本発明にしたがって基板１２の厚さを３０μｍ以下とする。
【００３４】
更に、１つの基板上に複数の光機能処理部（例えば光スイッチ）を有する光集積デバイスにおいて、２つの導波波路が交わる箇所（交差部）に本発明を適用できる。
【００３５】
図６は、第一および第二の各発明を適用可能な光変調器１１を模式的に示す平面図である。光変調器１１は、光導波路基板１２と、図示しない保持基体３１および接着層３０（図２参照）とを備えている。基板１２、基体３１は共に平板形状をしている。基板１２（光導波路形成領域）の厚さは３０μｍ以下である。基板１２の主面には所定の電極１４、１５、１６が形成されている。
【００３６】
本例では、光導波路１７は、マッハツェンダー型の光導波路を折り返した形状を有している。即ち、光導波路１７の入射部１７ａに入射した光は、分岐部１７ｂで二つに分岐し、各湾曲部分１７ｃを経由して一対の往路変調部１７ｄに入射する。そして、それぞれ各湾曲部分１７ｅを経て各連結部１７ｆに入り、次いで光導波路基板１２端部の反射点１８で反射される。次いで、反射点１８で反射された光は、それぞれ連結部１７ｇを伝搬し、各湾曲部分１７ｈから各復路変調部１７ｊに入り、再び変調を受ける。次いで湾曲部分１７ｋ、各分岐部１７ｍを通過し、合波し、出射部１７ｎから出射される。
【００３７】
接地電極１４は、往路変調部１４ａ、復路変調部１４ｃおよび連結部１４ｂを備えている。また接地電極１６は、基部１６ａと変調部１６ｂを備えている。信号電極１５は、入力部１５ａ、１５ｄ、変調部１５ｂ、１５ｃを備えている。そして、接地電極の往路変調部１４ａ、信号電極の往路変調部１５ｂ、接地電極１６の変調部１６ｂによって、変調部１７ｄに対して略水平方向に変調電圧を印加し、変調部１７ｄ内を伝搬する光を変調する。接地電極の復路変調部１４ｃ、信号電極の復路変調部１５ｃ、接地電極１６の変調部１６ｂによって、変調部１７ｊに対して略水平方向に変調電圧を印加し、変調部１７ｊ内を伝搬する光を変調する。
【００３８】
このような型の光変調器においては、一方の分岐部１７ｇと他方の分岐部１７ｆとが交差部分１９において交差するデザインとならざるを得ない。
【００３９】
ここで、第一の発明を各湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋに対して適用することが可能である。また、第二の発明を光導波路の交差部分１９に対して適用することが可能である。即ち、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。
【００４０】
本例では強誘電性の光導波路基板としてXカットニオブ酸リチウム、光導波路としてチタン拡散導波路を用いた。ここで湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋは放射損失を低減するために、拡散前のチタン幅を広くする、あるいはチタン厚を厚くする事で、相対的に光導波路の閉じ込めを強くするのが望ましい。一方19の交差部分ではクロストークを向上させるために、拡散前のチタン幅を狭くする、あるいはチタン厚を薄くする事で、光導波路の閉じ込めを弱くするのが好ましい。この時、チタン幅もしくはチタン厚が異なる接続部では、その幅もしくは厚さをテーパ状に徐々に変化するように形成すれば低損失な光導波路が実現できる。本例では湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋで拡散前のチタン幅8ミクロン、交差部分19で拡散前のチタン幅3ミクロンとした。またテーパ部の長さを３００μｍとした。
【００４１】
本発明の光導波路デバイスは、光強度変調器、あるいは光位相変調器が最も好ましいが、他の光導波路デバイス、例えば高調波発生素子、光スイッチ、オプティカルシグナルプロセッサー、センサーデバイスなどに適用できる。
【実施例】
【００４２】
（実験１）
図１の光変調器１を使用する。具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶）からなる基板を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路５を形成する。光導波路５のサイズは、例えば１／ｅ2で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、ＣＰＷ電極を形成する。信号電極と接地電極とのギャップを４０μｍとし、電極厚みを２８μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。次に薄型研磨のために研磨定盤に研磨ダミー基板を貼り付け、その上に変調器基板を電極面を下にして熱可塑性樹脂で貼り付ける。さらに、横型研磨およびポリッシング（ＣＭＰ）にて１０μｍ厚みまで基板本体４を薄型加工する。その後、平板状の保持基体３１を基板に接着固定し、光ファイバーの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ切断する。接着固定用の樹脂は、エポキシ系接着剤を使用して樹脂厚５０μｍとした。１．５μｍシングルモード光ファイバーを保持した単芯ファイバーアレイを作製し、これを進行波形光変調器チップに結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着する。
【００４３】
ここで、光導波路基板３の厚さ、湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆにおける曲率半径Ｒを、表１および図７に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角１８０°当たりの放射損失を見積もった。この結果を表１に示す。また、曲がり角５°当たりの放射損失を図８に示す。なお、Ｔｔｉ（チタン拡散時のチタン厚み）を０．８５μｍとし、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を７μｍとした。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この結果から、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、曲率半径２ｍｍ〜３０ｍｍの広範囲にわたって、放射損失が著しく低減されることが判明した。
【００４６】
（実験２）
実験１と同様にして光変調器を作製し、各光変調器の曲がり角５°当たりの放射損失を測定した。ただし、基板厚さは６μｍとし、Ｔｔｉ（チタン拡散時のチタン厚み）を０．７０μｍとし、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を、５、７、９、１１μｍとした。この結果を図８に示す。
【００４７】
図８から分かるように、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を大きくすること、特に７μｍ以上とすることによって、曲がり角５°当たりの放射損失が大きく低減されることを見いだした。
【００４８】
（実験３）
実験１と同様にして、図１、２、５および図９に示すような形態の光変調器を作製した。ただし、溝を設けない例、溝２０、３５を設け、溝２１を設けない例、溝２０Ａおよび２１の両方を設けた例をそれぞれ実施した。各溝２０、２０Ａ，２１、３５の幅Ｗ１、Ｗ２は５μｍとし、各溝２０、２１と光導波路ビーム中心との距離ｄ１、ｄ２は４μｍとした。各溝２０、２０Ａ、２１、３５の深さＤｇは２μｍとした。そして、光導波路基板３の厚さ、湾曲部分５ｃ〜５ｆにおける曲率半径Ｒを、表２に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角１８０°当たりの放射損失を見積もった。この結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
この結果から、溝２０、３５を設け、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、放射損失が著しく低減されることが判明した。溝２１、２０Ａを設けた場合には、放射損失が更に低減されることも判明した。
【００５１】
（実験４）
実験３と同様にして光変調器を作製した。ただし、細長い溝２０、２１を湾曲部分の外側および内側にそれぞれ形成した。溝２０、２１の幅Ｗ１、Ｗ２は５μｍとし、溝２０、２１と光導波路ビーム中心との距離ｄ１、ｄ２は４μｍとした。溝２０、２１の深さＤｇは２μｍとした。光導波路基板３の厚さＴｓｕｂを６μｍとした。湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを、図１０に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角５°当たりの放射損失を見積もった。この結果を図１０に示す。
【００５２】
図１０から分かるように、基板厚さＴｓｕｂを６μｍまで小さくすると、溝の深さＤｇが２μｍと浅い場合であっても、曲がり部での放射損失はかなり低減することができた。
【００５３】
（実験５）
実験４と同様にして光変調器を作製した。ただし、曲がり部の外側に溝２０、３５を設けたが、内側の溝２１は設けなかった。溝２０、３５の幅Ｗ１は５μｍとし、溝２０、３５と光導波路ビーム中心との距離ｄ１は４μｍとした。溝２０の深さＤｇは２．７μｍとした。光導波路基板３の厚さＴｓｕｂを８μｍとした。湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを、図１１に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角５°当たりの放射損失を見積もった。この結果を図１０に示す。
【００５４】
図１１から分かるように、片側の溝２０、３５だけを設けた場合にも、曲がり部での放射損失はかなり低減することができた。
【００５５】
（実験６）
実験１と同様にして、図２、図６に示すような形態の光変調器を作製した。ただし、本例では、各湾曲部分における曲率半径は１５ｍｍとした、そして、光導波路基板３の厚さ、交差全角θを、表３に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により挿入損失およびクロストークを見積もった。この結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】
この結果から、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、幅広い交差全角θ範囲にわたって、クロストーク、挿入損失が著しく低減されることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用可能な光変調器の一例を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の光変調器２の横断面図である。
【図３】第一の発明に係る光導波路パターンを示す平面図である。
【図４】光導波路の外側に溝２０を形成した光導波路パターンを示す平面図である。
【図５】光導波路の両側に溝２０、２１を形成した光導波路パターンを示す平面図である。
【図６】第一および第二の発明を適用可能な折り返し型マッハツェンダー光変調器を概略的に示す平面図である。
【図７】曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図８】チタン幅Ｔｔｉを変更したときの曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図９】光導波路デバイスの各部分の寸法を示すための模式図である。
【図１０】溝２０、２１を形成した場合の曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図１１】溝２０を形成した場合の曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図１２】第二の発明を適用できる光スイッチ２１を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２、１１ 光変調器 ３、１２ 光導波路基板 ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、１４、１５、１６ 変調用電極 ５，１７ 光導波路 ５Ａ、５Ｂ、１７ｄ、１７ｊ 変調部 ５ａ、１７ａ
入射部 ５ｂ、５ｅ、１７ｂ、１７ｍ 分岐部 ５ ５ｃ、５ｄ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋ 湾曲部分 １９ 交差部分 ２０ 湾曲部分の外周側の凹部 ３０ 接着層（低誘電率層） ２１ 湾曲部分の内周側の凹部 ３１ 保持基板 Ｒ 湾曲部分の曲率半径 Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ 凹部の幅 θ 交差全角
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光変調器の変調帯域を広帯域化するために、光導波路基板を薄くすることによりマイクロ波と光波の速度整合をとる構造が提案されている。光導波路基板を薄くする構造において、速度整合条件を満足するためには光導波路部周辺の基板厚みを例えば１０μｍ程度にする必要があり、光モードフィールドパターンの偏平化を防止し、基板薄型および溝加工による表面ラフネス、ダメージの影響で発生する光の伝搬損失を抑制するために２段裏溝構造を特許文献１で出願した。
【特許文献１】特開２００２−１０９１３３号公報
【０００３】
特許文献２に記載のデバイスにおいては、補強基板に空気層を設けることで速度整合条件を満たす構造になっている。また、特許文献３に記載のデバイスにおいては、補強基板上に厚さ３０μｍ以下の平板状の光導波路基板を接合し、一体化することを記載している。
【特許文献２】特開平９−２１１４０２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４１１４７号公報
【０００４】
また、特許文献４には、２本の光導波路が交差する交差部分を有する進行波形光変調器が記載されている。この型の光変調器においては、光導波路を基板の一端で折り返すことによって、強度変調を加えるのに必要な基板長さを低減している。
【特許文献４】特開平４−３５５７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光導波路デバイスの小型化のためには、より小さな曲率半径で光導波路を曲げることが望ましい。しかし、光導波路を曲げると、光導波路の湾曲部分で光放射損失が増大するために、光導波路の湾曲部分の曲率半径を小さくすることは困難であった。
【０００６】
また、２本の光導波路が交差する交差部分を設けた場合には、この光導波路の交差部分における交差全角を小さくすることによって、光導波路基板の交差角に対して幅方向を小型化することが可能となる。これによって、より小さな光デバイスを実現できる。しかし、交差全角を小さくすると、交差部分での挿入損失とクロストークとが増大するために、交差全角を小さくすることは困難である。
【０００７】
本発明の課題は、光導波路デバイスにおいて、光導波路の湾曲部分における曲率半径を小さくできるようにし、かつ湾曲部分における光放射損失を抑制することである。
【０００８】
また、本発明の課題は、光導波路の交差部分を有する光変調器において、交差部分での交差全角を小さくできるようにし、かつ交差部分における挿入損失とクロストークとを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の発明は、強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいることを特徴とする。
【００１０】
第二の発明は、強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が交差部分を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第一の発明によれば、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいる。即ち、光導波路基板を３０μｍ以下まで薄片化し、空気を含む低誘電率媒質上に光導波路基板を設置すれば、光導波路内の光の閉じ込めが強くなり、湾曲部分における放射損失を著しく低減できる。これによって、放射損失を抑制しつつ、デバイスの小型化を実現できることが分かった。
【００１２】
ここで、光導波路形成領域における基板の厚さを３０μｍ以下とすることによって、湾曲部分における放射損失を著しく低減できる。この厚さは１０μｍ以下とすることが更に好ましく、８μｍ以下とすることが最も好ましい。光導波路形成領域における基板厚さの下限値は特にないが、強度の点からは２μｍ以上が好ましい。湾曲部分の曲率半径の最大値は特にないが、この曲率半径が３０ｍｍを超えると、基板が厚くともある程度放射損失は低くなるので、本発明の観点からは、湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００１３】
第一の発明においては、湾曲部分の外側に凹部を形成することができる。更に好ましくは、湾曲部分の内側に更に凹部を形成することができる。これらの凹部の形態は特に限定されないが、溝形状であることが好ましい。また、凹部の深さは特に限定されないが、湾曲部分における光の閉じ込めを強くするという観点からは、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上が更に好ましい。ただし、基板厚さが薄い場合は相対的に浅い溝の形成で十分な効果を得ることが出来る。凹部の深さは基板の厚さ以下である。凹部が深くなりすぎると、基板の強度が低下するので、凹部の深さは基板の厚さよりも１μｍ以上浅いことが好ましい。
【００１４】
第二の発明によれば、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。これによって、交差部分での交差全角を小さくでき、交差部分における挿入損失とクロストークとを抑制できる。
【００１５】
ここで、光導波路形成領域における基板の厚さを３０μｍ以下とすることによって、交差部分におけるクロストークおよび挿入損失を著しく低減できる。この厚さは１０μｍ以下とすることが更に好ましく、８μｍ以下とすることが最も好ましい。光導波路形成領域における基板厚さの下限値は特にないが、強度の点からは２μｍ以上が好ましい。また、交差全角は特に限定はされない。しかし、交差全角の最大値が 40°を超えると、基板が厚くともある程度挿入損失は低く、クロストークは小さくなるので、本発明の観点からは、交差全角は40°以下が好ましい。更にこの観点からは、交差全角は20°以下とすることが更に好ましく、10°以下が最も好ましい。なお、交差全角が小さくなると、光導波路デバイスを小型化することが難しくなるので、光導波路デバイスの小型化という観点からは、交差全角を１０°以上とすることが好ましく、１５°以上とすることがさらに好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第一、第二の発明において、光導波路基板の表面側、裏面側は、空気層であるか、あるいは低誘電率材料層とすることが好ましく、これによって本発明の効果が顕著となる。この低誘電率層は、後述する接着層であることが好ましい。しかし、光導波路基板に対して保持基体を直接接合あるいは一体化した場合には、保持基体の材質を低誘電率材料とすることができる。
【００１７】
図１は、光変調器２を示す平面図であり、図２は、図１の光変調器２の横断面図である。
【００１８】
光変調器２は、光導波路基板３と保持基体３１とを備えている。基板３、基体３１は共に平板形状をしている。基板３（光導波路形成領域）の厚さは３０μｍ以下である。基板３の主面には所定の電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃが形成されている。
【００１９】
本例では、いわゆるコプレーナ型（Coplanar waveguide：ＣＰＷ電極) の電極配置を採用しているが、電極の配置形態は特に限定されない。コプレーナ型では、一対の接地電極の間に一列の信号電極がはさまれている。しかし、本発明は、例えばACPSタイプの進行波形光変調器に適用できる。この場合には、一列の接地電極と一列の信号電極とが設けられている。また、いわゆる独立変調型の進行波形光変調器にも適用できる。
【００２０】
本例では、光導波路５は、平面的に見るといわゆるマッハツェンダー型の光導波路を構成している。即ち、光導波路５の入射部５ａに入射した光は、分岐部５ｂで二つに分岐し、各湾曲部分５ｃを経由して各変調部５Ａ、５Ｂに入射する。そして、それぞれ湾曲部分５ｄを経て各分岐部５ｅに入り、合波し、出射部５ｆから出射される。一対の変調部５Ａ、５Ｂに対して略水平方向に信号電圧を印加するようになっている。基板３の下面と保持基体３１との間に、厚さが略一定の接着層３０が介在し、基板３と保持基体３１とを接着している。
【００２１】
光導波路は、基板の一方の主面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、基板の一方の主面の上に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路であってよく、また基板の内部に内拡散法やイオン交換法によって形成された光導波路、例えばチタンや亜鉛拡散光導波路、プロトン交換光導波路であってよい。具体的には、光導波路が、基板表面から突出するリッジ型光導波路であってよい。リッジ型の光導波路は、レーザー加工、機械加工によって形成可能である。あるいは、高屈折率膜を基板上に形成し、この高屈折率膜を機械加工やレーザーアブレーション加工することによって、リッジ型の三次元光導波路を形成できる。高屈折率膜は、例えば化学的気相成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長法、スパッタリング法、液相エピタキシャル法によって形成できる。
【００２２】
本例では、電極は基板の表面に設けられているが、基板の表面に直接形成されていてよく、低誘電率層ないしバッファ層の上に形成されていてよい。低誘電率層は、酸化シリコン、弗化マグネシウム、窒化珪素、及びアルミナなどの公知の材料を使用することができる。ここで言う低誘電率層とは、基板本体を構成する材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言う。
【００２３】
接着層３０の厚さは１０００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることが更に好ましく、１００μｍ以下であることが最も好ましい。また、接着層３０の厚さの下限は特にないが、マイクロ波実効屈折率の低減という観点からは、１０μｍ以上であってもよい。
【００２４】
光導波路基板３、保持基体３１を構成する材料は、強誘電性の電気光学材料、好ましくは単結晶からなる。こうした結晶は、光の変調が可能であれば特に限定されないが、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ニオブ酸カリウムリチウム、ＫＴＰ、及び水晶などを例示することができる。
【００２５】
保持基体３１の材質は、上記した強誘電性の電気光学材料に加えて、更に石英ガラス等のガラスであってもよい。
【００２６】
接着剤の具体例は、前記の条件を満足する限り特に限定されないが、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱膨張係数を有するアロンセラミックスＣ（商品名、東亜合成社製）（熱膨張係数１３×１０−６／Ｋ）を例示できる。
【００２７】
また、接着層内に空洞を設け、空気層とすることができる。あるいは、接着層３０の上側表面（光導波路基板に対向する表面）に凹部を設けることによって、この凹部を空気層として利用することができる。これらの場合、接着層および空気層の両方が低誘電率材料層として機能する。
【００２８】
ここで、第一の発明に従い、図３に示すように、湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。また、同様に、湾曲部分５ｄにおいても、曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。更に、湾曲部分５ｃ、５ｄとは反対方向へと湾曲する湾曲部分５ｅ、５ｆにおける各曲率半径も３０ｍｍ以下とする。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径Ｒを３０ｍｍ以下とする。
【００２９】
また、図４に示す例においては、光導波路５の分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の外側（外周側）に細長い凹部２０が形成されている。そして、湾曲部分５ｃの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。また、これと同様に、湾曲部分５ｄにおいても、湾曲部分５ｄの外側に細長い凹部２０を設け、湾曲部分５ｄの曲率半径Ｒを曲率半径３０ｍｍ以下とする。湾曲部分５ｃ、５ｄの内側には凹部は形成されていない。これと同時に、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て外側には細長い凹部３５が形成されており、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て内側には凹部は形成されていない。湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００３０】
更に、図５に示す例では光導波路５の分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の外側（外周側）に細長い凹部２０Ａが形成されている。これと共に、分岐部５ｂ、湾曲部分５ｃおよび変調部５Ａの末端の内側（内周側）に細長い凹部２１が形成されている。そして、湾曲部分５ｃの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。また、これと同様に、湾曲部分５ｄにおいても、湾曲部分５ｄの外側に細長い凹部２０Ａを設け、湾曲部分５ｄの内側に細長い凹部２１を設け、湾曲部分５ｄの曲率半径Ｒを曲率半径３０mm以下とする。これと同時に、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て外側には細長い凹部２０Ａが形成されており、湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率中心から見て内側にも凹部２１が形成されている。湾曲部分５ｅ、５ｆの曲率半径Ｒが３０ｍｍ以下である。特に好ましくは、光導波路５の全長にわたって、各湾曲部分の曲率半径を３０ｍｍ以下とする。
【００３１】
凹部２０、２０Ａ、２１、３０の形状や深さは特に限定されない。凹部２０、２１の幅Ｗ、Ｗ１、Ｗ２も特に限定されないが、湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆにおける光の閉じ込めを向上させるためには、０．２μｍ以上とすることが好ましく、０．５μｍ以上とすることが更に好ましい。また、また、凹部と湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ（のビーム中心）との距離ｄ、ｄ１、ｄ２が小さ過ぎると、光導波路を伝搬する光を凹部によって減少させ、あるいは散乱させることになるので、この距離ｄ、ｄ１、ｄ２は１μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であることが更に好ましい。また、ｄ、ｄ１、ｄ２が大き過ぎると、湾曲部分における光の閉じ込め効果が低くなるので、ｄ、ｄ１、ｄ２は１５μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。但し、凹部の最適位置は光導波路のスポット形状により変化する。小さなスポット径であれば、相対的に近い位置に凹部を形成するのが好ましい。一方大きなスポット径であれば相対的に遠い位置に凹部を形成するのが望ましい。
【００３２】
図１２は、第二の発明を適用可能な１×２光スイッチ２１を模式的に示す平面図である。光スイッチはＸカットニオブ酸リチウムからなる光導波路基板１２、光導波路基板１２上面に形成されたチタン拡散導波路２２、２３と、スイッチング動作に必要な電界を印加するために基板１２上に配置された電極２４、２５からなる。電極２４、２５に電界を印加しない場合は、光は、入射ポート２６から矢印Ａのように光導波路２２に入射し、次いで入力光は光導波路２２を直進し、出力ポート２７から矢印Ｂのように出力される。一方、電界を印加した場合は、電気光学効果により電極間ギャップで光導波路基板の屈折率が下がるために、入力光は全反射され、光導波路２３を伝搬して出力ポート２８に矢印Ｃのように出力される。
【００３３】
ここで交差角θが小さい方が、全反射に必要な屈折率変化が小さくてすむために、駆動電圧を下げることができる。このため、より交差角θを小さくするために、本発明にしたがって基板１２の厚さを３０μｍ以下とする。
【００３４】
更に、１つの基板上に複数の光機能処理部（例えば光スイッチ）を有する光集積デバイスにおいて、２つの導波波路が交わる箇所（交差部）に本発明を適用できる。
【００３５】
図６は、第一および第二の各発明を適用可能な光変調器１１を模式的に示す平面図である。光変調器１１は、光導波路基板１２と、図示しない保持基体３１および接着層３０（図２参照）とを備えている。基板１２、基体３１は共に平板形状をしている。基板１２（光導波路形成領域）の厚さは３０μｍ以下である。基板１２の主面には所定の電極１４、１５、１６が形成されている。
【００３６】
本例では、光導波路１７は、マッハツェンダー型の光導波路を折り返した形状を有している。即ち、光導波路１７の入射部１７ａに入射した光は、分岐部１７ｂで二つに分岐し、各湾曲部分１７ｃを経由して一対の往路変調部１７ｄに入射する。そして、それぞれ各湾曲部分１７ｅを経て各連結部１７ｆに入り、次いで光導波路基板１２端部の反射点１８で反射される。次いで、反射点１８で反射された光は、それぞれ連結部１７ｇを伝搬し、各湾曲部分１７ｈから各復路変調部１７ｊに入り、再び変調を受ける。次いで湾曲部分１７ｋ、各分岐部１７ｍを通過し、合波し、出射部１７ｎから出射される。
【００３７】
接地電極１４は、往路変調部１４ａ、復路変調部１４ｃおよび連結部１４ｂを備えている。また接地電極１６は、基部１６ａと変調部１６ｂを備えている。信号電極１５は、入力部１５ａ、１５ｄ、変調部１５ｂ、１５ｃを備えている。そして、接地電極の往路変調部１４ａ、信号電極の往路変調部１５ｂ、接地電極１６の変調部１６ｂによって、変調部１７ｄに対して略水平方向に変調電圧を印加し、変調部１７ｄ内を伝搬する光を変調する。接地電極の復路変調部１４ｃ、信号電極の復路変調部１５ｃ、接地電極１６の変調部１６ｂによって、変調部１７ｊに対して略水平方向に変調電圧を印加し、変調部１７ｊ内を伝搬する光を変調する。
【００３８】
このような型の光変調器においては、一方の分岐部１７ｇと他方の分岐部１７ｆとが交差部分１９において交差するデザインとならざるを得ない。
【００３９】
ここで、第一の発明を各湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋに対して適用することが可能である。また、第二の発明を光導波路の交差部分１９に対して適用することが可能である。即ち、少なくとも光導波路の領域における光導波路基板の厚さが３０μｍ以下である。
【００４０】
本例では強誘電性の光導波路基板としてXカットニオブ酸リチウム、光導波路としてチタン拡散導波路を用いた。ここで湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋは放射損失を低減するために、拡散前のチタン幅を広くする、あるいはチタン厚を厚くする事で、相対的に光導波路の閉じ込めを強くするのが望ましい。一方19の交差部分ではクロストークを向上させるために、拡散前のチタン幅を狭くする、あるいはチタン厚を薄くする事で、光導波路の閉じ込めを弱くするのが好ましい。この時、チタン幅もしくはチタン厚が異なる接続部では、その幅もしくは厚さをテーパ状に徐々に変化するように形成すれば低損失な光導波路が実現できる。本例では湾曲部分１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋで拡散前のチタン幅8ミクロン、交差部分19で拡散前のチタン幅3ミクロンとした。またテーパ部の長さを３００μｍとした。
【００４１】
本発明の光導波路デバイスは、光強度変調器、あるいは光位相変調器が最も好ましいが、他の光導波路デバイス、例えば高調波発生素子、光スイッチ、オプティカルシグナルプロセッサー、センサーデバイスなどに適用できる。
【実施例】
【００４２】
（実験１）
図１の光変調器１を使用する。具体的には、Ｘカットした３インチウエハー（ＬｉＮｂＯ3 単結晶）からなる基板を使用し、チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィー法とによって、ウエハーの表面にマッハツェンダー型の光導波路５を形成する。光導波路５のサイズは、例えば１／ｅ2で１０μｍとできる。次いで、メッキプロセスにより、ＣＰＷ電極を形成する。信号電極と接地電極とのギャップを４０μｍとし、電極厚みを２８μｍとし、電極長を４０ｍｍとした。次に薄型研磨のために研磨定盤に研磨ダミー基板を貼り付け、その上に変調器基板を電極面を下にして熱可塑性樹脂で貼り付ける。さらに、横型研磨およびポリッシング（ＣＭＰ）にて１０μｍ厚みまで基板本体４を薄型加工する。その後、平板状の保持基体３１を基板に接着固定し、光ファイバーの接続部を端面研磨し、ダイシングにてチップ切断する。接着固定用の樹脂は、エポキシ系接着剤を使用して樹脂厚５０μｍとした。１．５μｍシングルモード光ファイバーを保持した単芯ファイバーアレイを作製し、これを進行波形光変調器チップに結合し、光ファイバーと光導波路とを調芯し、紫外線硬化型樹脂によって接着する。
【００４３】
ここで、光導波路基板３の厚さ、湾曲部分５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆにおける曲率半径Ｒを、表１および図７に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角１８０°当たりの放射損失を見積もった。この結果を表１に示す。また、曲がり角５°当たりの放射損失を図８に示す。なお、Ｔｔｉ（チタン拡散時のチタン厚み）を０．８５μｍとし、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を７μｍとした。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この結果から、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、曲率半径２ｍｍ〜３０ｍｍの広範囲にわたって、放射損失が著しく低減されることが判明した。
【００４６】
（実験２）
実験１と同様にして光変調器を作製し、各光変調器の曲がり角５°当たりの放射損失を測定した。ただし、基板厚さは６μｍとし、Ｔｔｉ（チタン拡散時のチタン厚み）を０．７０μｍとし、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を、５、７、９、１１μｍとした。この結果を図８に示す。
【００４７】
図８から分かるように、Ｗｔｉ（チタン拡散時のチタン幅）を大きくすること、特に７μｍ以上とすることによって、曲がり角５°当たりの放射損失が大きく低減されることを見いだした。
【００４８】
（実験３）
実験１と同様にして、図１、２、５および図９に示すような形態の光変調器を作製した。ただし、溝を設けない例、溝２０、３５を設け、溝２１を設けない例、溝２０Ａおよび２１の両方を設けた例をそれぞれ実施した。各溝２０、２０Ａ，２１、３５の幅Ｗ１、Ｗ２は５μｍとし、各溝２０、２１と光導波路ビーム中心との距離ｄ１、ｄ２は４μｍとした。各溝２０、２０Ａ、２１、３５の深さＤｇは２μｍとした。そして、光導波路基板３の厚さ、湾曲部分５ｃ〜５ｆにおける曲率半径Ｒを、表２に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角１８０°当たりの放射損失を見積もった。この結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
この結果から、溝２０、３５を設け、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、放射損失が著しく低減されることが判明した。溝２１、２０Ａを設けた場合には、放射損失が更に低減されることも判明した。
【００５１】
（実験４）
実験３と同様にして光変調器を作製した。ただし、細長い溝２０、２１を湾曲部分の外側および内側にそれぞれ形成した。溝２０、２１の幅Ｗ１、Ｗ２は５μｍとし、溝２０、２１と光導波路ビーム中心との距離ｄ１、ｄ２は４μｍとした。溝２０、２１の深さＤｇは２μｍとした。光導波路基板３の厚さＴｓｕｂを６μｍとした。湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを、図１０に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角５°当たりの放射損失を見積もった。この結果を図１０に示す。
【００５２】
図１０から分かるように、基板厚さＴｓｕｂを６μｍまで小さくすると、溝の深さＤｇが２μｍと浅い場合であっても、曲がり部での放射損失はかなり低減することができた。
【００５３】
（実験５）
実験４と同様にして光変調器を作製した。ただし、曲がり部の外側に溝２０、３５を設けたが、内側の溝２１は設けなかった。溝２０、３５の幅Ｗ１は５μｍとし、溝２０、３５と光導波路ビーム中心との距離ｄ１は４μｍとした。溝２０の深さＤｇは２．７μｍとした。光導波路基板３の厚さＴｓｕｂを８μｍとした。湾曲部分５ｃにおける曲率半径Ｒを、図１１に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により曲がり角５°当たりの放射損失を見積もった。この結果を図１０に示す。
【００５４】
図１１から分かるように、片側の溝２０、３５だけを設けた場合にも、曲がり部での放射損失はかなり低減することができた。
【００５５】
（実験６）
実験１と同様にして、図２、図６に示すような形態の光変調器を作製した。ただし、本例では、各湾曲部分における曲率半径は１５ｍｍとした、そして、光導波路基板３の厚さ、交差全角θを、表３に示すように変更するものとし、ビーム伝搬法により挿入損失およびクロストークを見積もった。この結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】
この結果から、基板の厚さを３０μｍ以下としたときには、幅広い交差全角θ範囲にわたって、クロストーク、挿入損失が著しく低減されることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用可能な光変調器の一例を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の光変調器２の横断面図である。
【図３】第一の発明に係る光導波路パターンを示す平面図である。
【図４】光導波路の外側に溝２０を形成した光導波路パターンを示す平面図である。
【図５】光導波路の両側に溝２０、２１を形成した光導波路パターンを示す平面図である。
【図６】第一および第二の発明を適用可能な折り返し型マッハツェンダー光変調器を概略的に示す平面図である。
【図７】曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図８】チタン幅Ｔｔｉを変更したときの曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図９】光導波路デバイスの各部分の寸法を示すための模式図である。
【図１０】溝２０、２１を形成した場合の曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図１１】溝２０を形成した場合の曲がり部５°当たりの放射損失を示すグラフである。
【図１２】第二の発明を適用できる光スイッチ２１を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２、１１ 光変調器 ３、１２ 光導波路基板 ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、１４、１５、１６ 変調用電極 ５，１７ 光導波路 ５Ａ、５Ｂ、１７ｄ、１７ｊ 変調部 ５ａ、１７ａ
入射部 ５ｂ、５ｅ、１７ｂ、１７ｍ 分岐部 ５ ５ｃ、５ｄ、１７ｃ、１７ｅ、１７ｈ、１７ｋ 湾曲部分 １９ 交差部分 ２０ 湾曲部分の外周側の凹部 ３０ 接着層（低誘電率層） ２１ 湾曲部分の内周側の凹部 ３１ 保持基板 Ｒ 湾曲部分の曲率半径 Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ 凹部の幅 θ 交差全角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、
少なくとも前記光導波路の領域における前記光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、前記光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項２】
前記光導波路が不純物をドープすることにより形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記湾曲部分の曲率中心から見て前記湾曲部分の外側において前記光導波路基板に凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記湾曲部分の曲率中心から見て前記湾曲部分の内側において前記光導波路基板に他の凹部が形成されていることを特徴とする、請求項３記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、
少なくとも前記光導波路の領域における前記光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、前記光導波路が交差部分を含んでいることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項７】
前記光導波路が、不純物をドープすることにより形成されていることを特徴とする、請求項６記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極を備えていることを特徴とする、請求項６または７記載の光導波路デバイス。
【請求項１】
強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、
少なくとも前記光導波路の領域における前記光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、前記光導波路が曲率半径３０ｍｍ以下の湾曲部分を含んでいることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項２】
前記光導波路が不純物をドープすることにより形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記湾曲部分の曲率中心から見て前記湾曲部分の外側において前記光導波路基板に凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記湾曲部分の曲率中心から見て前記湾曲部分の内側において前記光導波路基板に他の凹部が形成されていることを特徴とする、請求項３記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
強誘電性の光導波路基板およびこの光導波路基板に形成された光導波路を備えている光導波路デバイスであって、
少なくとも前記光導波路の領域における前記光導波路基板の厚さが３０μｍ以下であり、前記光導波路が交差部分を含んでいることを特徴とする、光導波路デバイス。
【請求項７】
前記光導波路が、不純物をドープすることにより形成されていることを特徴とする、請求項６記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記光導波路を伝搬する光を変調するための電圧を印加する変調用電極を備えていることを特徴とする、請求項６または７記載の光導波路デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１３３１３５（Ｐ２００７−１３３１３５Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２５９２８（Ｐ２００５−３２５９２８）
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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